钢结构加固设计标准 GB51367-2019
6.2 受弯构件加固计算
6.2.1 主平面内受弯的加固构件,应按下式验算其抗弯强度:
式中:
Mx,My——绕加固后截面形心x轴和y轴的加固前弯矩与加固后增加的弯矩之和(N·mm);
Wnx,Wny——对加固后截面x轴和y轴的净截面抵抗矩(mm³);
γx,γy——截面塑性发展系数,对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类结构γx、γy的值均取为1.0;对Ⅳ类结构,应根据截面形状按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定采用;
ηm——受弯构件加固强度修正系数,对双侧加固,按表6.2.1取值;对单侧加固,按表6.2.1系数的0.9倍取值;
f——钢材的抗弯强度设计值(MPa),取截面中最低强度级别钢材的抗弯强度设计值。
注:表中应力比σ0max/f的限值尚应符合本标准表6.1.6的规定。
6.2.2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类结构的受弯实腹构件的抗剪应力τ、组合梁腹板计算高度边缘处的局部承压应力σc和折算应力应分别按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定计算;对Ⅳ类构件,当按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017关于塑性设计的规定,由腹板承受剪力进行计算时,其钢材强度应取计算部位腹板强度设计值。
6.2.3 主平面内受弯的加固构件,其整体稳定性的验算应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定,稳定系数应按加固后截面计算,但验算时,应将钢材抗弯强度设计值f改取为钢材换算强度设计值f*,并应乘以强度折减系数ηm。
6.2.4 用于加固构件整体稳定验算的钢材换算强度设计值f*可按下列规定进行确定:
1 当f0≤fs≤1.15f0时,可取f*等于f0;
2 当fs>1.15f0时,可按下式计算:
式中:
f0,fs——分别为构件原来用钢材和加固用钢材的强度设计值(MPa);
A0,As——分别为加固构件原有截面和加固的截面面积(m㎡);
I0,Is——分别为加固构件原有截面和加固截面对加固后截面形心主轴的惯性矩(mm4)。
6.2.5 组合截面板梁的翼缘和腹板的局部稳定性,应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定进行验算;对按塑性设计的Ⅳ类构件,其宽厚比尚应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017关于塑性设计的规定。
6.2.6 钢结构受弯构件加固后的总挠度ωT可按下式确定,且不应超过现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定的限值。
式中:
ω0——初始挠度,按实测资料或加固前实有荷载与加固前的截面特性计算确定(mm);
ωw——焊接加固时的焊接残余挠度,可按本标准第6.2.7条确定(mm);
△ω——挠度增量,按加固后增加的荷载标准值和已加固截面特性计算确定(mm)。
6.2.7 焊接残余挠度ωw宜采取施工措施消除;其数值可按以下经验公式确定:
式中:
δ——考虑加固件间断焊缝连续性系数,当为连续焊缝时,取δ为1.0,当为间断焊缝时,取加固焊缝实际施焊段长度与连续施焊长度的比值;
hf——角焊缝焊脚尺寸(mm);
Ls——加固件焊缝连续的总长度(mm);
L0——受弯构件在弯曲平面内的计算长度(mm);单跨简支梁时取梁的计算跨度(mm);
I0——原构件截面的惯性矩(mm4);
yi——第i条加固焊缝至构件截面形心的距离(mm);
ξi——与加固焊缝处结构初始应力水平σ0i有关的系数,应按表6.2.7取值;
fy——原构件钢材的屈服强度标准值(MPa);
ψf——经验系数,结构构件受拉和受压区均有加固焊缝时取1.0;仅拉或压区有加固焊缝时取0.8;计算稳定性时取0.7。
注:中间值按线性内插法确定。
Mx,My——绕加固后截面形心x轴和y轴的加固前弯矩与加固后增加的弯矩之和(N·mm);
Wnx,Wny——对加固后截面x轴和y轴的净截面抵抗矩(mm³);
γx,γy——截面塑性发展系数,对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类结构γx、γy的值均取为1.0;对Ⅳ类结构,应根据截面形状按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定采用;
ηm——受弯构件加固强度修正系数,对双侧加固,按表6.2.1取值;对单侧加固,按表6.2.1系数的0.9倍取值;
f——钢材的抗弯强度设计值(MPa),取截面中最低强度级别钢材的抗弯强度设计值。
表6.2.1 ηm系数取值
6.2.2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类结构的受弯实腹构件的抗剪应力τ、组合梁腹板计算高度边缘处的局部承压应力σc和折算应力应分别按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定计算;对Ⅳ类构件,当按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017关于塑性设计的规定,由腹板承受剪力进行计算时,其钢材强度应取计算部位腹板强度设计值。
6.2.3 主平面内受弯的加固构件,其整体稳定性的验算应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定,稳定系数应按加固后截面计算,但验算时,应将钢材抗弯强度设计值f改取为钢材换算强度设计值f*,并应乘以强度折减系数ηm。
6.2.4 用于加固构件整体稳定验算的钢材换算强度设计值f*可按下列规定进行确定:
1 当f0≤fs≤1.15f0时,可取f*等于f0;
2 当fs>1.15f0时,可按下式计算:
f0,fs——分别为构件原来用钢材和加固用钢材的强度设计值(MPa);
A0,As——分别为加固构件原有截面和加固的截面面积(m㎡);
I0,Is——分别为加固构件原有截面和加固截面对加固后截面形心主轴的惯性矩(mm4)。
6.2.5 组合截面板梁的翼缘和腹板的局部稳定性,应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定进行验算;对按塑性设计的Ⅳ类构件,其宽厚比尚应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017关于塑性设计的规定。
6.2.6 钢结构受弯构件加固后的总挠度ωT可按下式确定,且不应超过现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017规定的限值。
ω0——初始挠度,按实测资料或加固前实有荷载与加固前的截面特性计算确定(mm);
ωw——焊接加固时的焊接残余挠度,可按本标准第6.2.7条确定(mm);
△ω——挠度增量,按加固后增加的荷载标准值和已加固截面特性计算确定(mm)。
6.2.7 焊接残余挠度ωw宜采取施工措施消除;其数值可按以下经验公式确定:
δ——考虑加固件间断焊缝连续性系数,当为连续焊缝时,取δ为1.0,当为间断焊缝时,取加固焊缝实际施焊段长度与连续施焊长度的比值;
hf——角焊缝焊脚尺寸(mm);
Ls——加固件焊缝连续的总长度(mm);
L0——受弯构件在弯曲平面内的计算长度(mm);单跨简支梁时取梁的计算跨度(mm);
I0——原构件截面的惯性矩(mm4);
yi——第i条加固焊缝至构件截面形心的距离(mm);
ξi——与加固焊缝处结构初始应力水平σ0i有关的系数,应按表6.2.7取值;
fy——原构件钢材的屈服强度标准值(MPa);
ψf——经验系数,结构构件受拉和受压区均有加固焊缝时取1.0;仅拉或压区有加固焊缝时取0.8;计算稳定性时取0.7。
表6.2.7 ξi系数取值
条文说明
6.2.1 本条给出了加固的受弯构件强度计算的统一表达式及其塑性发展系数的取值。在表达形式上与现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的相一致,但考虑到新加固截面部分的应力滞后及原有截面应变可能过多塑性发展,引入了受弯构件强度修正系数ηm,并针对其不同设计工作条件类别和不同加固方法进行取值。取值时,除了引用有关试验和计算分析的资料外,还遵循了栓接加固和铆接加固的参数优于焊接加固参数,并对此参数取为0.05的整数倍;为保证结构安全,还规定其钢材强度设计值应取较低强度级别钢材的值。此外,强度修正系数ηm与加固件布置有关,表6.2.1参数针对双侧加固布置方案,即在原截面翼缘均布置加固件;若为单侧加固方案,即仅在原截面翼缘一侧布置加固件,强度修正系数ηm取为双侧加固对应系数的0.9倍。
6.2.2 钢材抗剪强度、局部承压强度对结构韧性降低影响一般较小,且都不是疲劳裂纹扩展的主导性参量,为简便计算,仍采用现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017有关规定进行核算。
6.2.3 实腹式受弯构件的整体稳定计算,仍采用现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的有关规定及方法。稳定系数φ应按加固后截面计算,采用加固后整个截面的φ值对强度设计值进行折减以计算构件稳定承载力。强度设计值取钢材换算强度设计值f*并乘以折减系数ηm。
6.2.4 计算截面加固构件的整体稳定性时所用钢材换算强度设计值f*,系引用了国外的表达式。承重结构加固不允许使用fs<f0的钢材,故未给出fs<f0的f*取值。
6.2.5 组合板梁的局部稳定性,即板件的稳定性计算和翼缘、腹板宽厚比限值计算,仍按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017有关规定进行,未作改动。
6.2.6 加固后受弯构件的总挠度ωT应包括加固前负荷下的初始挠度ω0,焊接时因加热、固化引起的焊接残余挠度ωw及焊后新增荷载下的挠度增量△ω。ω0、△ω可按一般材料力学方法计算求得。
6.2.7 ωw的计算较为复杂,应根据构件实际几何尺寸特性和焊接条件研究确定,原协会标准《钢结构加固技术规范》CECS 77-96考虑到国内当时研究不成熟,采用了国外的计算式,并经计算在表达形式上做了一些修改简化。
6.2.2 钢材抗剪强度、局部承压强度对结构韧性降低影响一般较小,且都不是疲劳裂纹扩展的主导性参量,为简便计算,仍采用现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017有关规定进行核算。
6.2.3 实腹式受弯构件的整体稳定计算,仍采用现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的有关规定及方法。稳定系数φ应按加固后截面计算,采用加固后整个截面的φ值对强度设计值进行折减以计算构件稳定承载力。强度设计值取钢材换算强度设计值f*并乘以折减系数ηm。
6.2.4 计算截面加固构件的整体稳定性时所用钢材换算强度设计值f*,系引用了国外的表达式。承重结构加固不允许使用fs<f0的钢材,故未给出fs<f0的f*取值。
6.2.5 组合板梁的局部稳定性,即板件的稳定性计算和翼缘、腹板宽厚比限值计算,仍按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017有关规定进行,未作改动。
6.2.6 加固后受弯构件的总挠度ωT应包括加固前负荷下的初始挠度ω0,焊接时因加热、固化引起的焊接残余挠度ωw及焊后新增荷载下的挠度增量△ω。ω0、△ω可按一般材料力学方法计算求得。
6.2.7 ωw的计算较为复杂,应根据构件实际几何尺寸特性和焊接条件研究确定,原协会标准《钢结构加固技术规范》CECS 77-96考虑到国内当时研究不成熟,采用了国外的计算式,并经计算在表达形式上做了一些修改简化。
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